JP6584687B2 - Compressor bleed cooling system for a midframe torque disk downstream of a compressor assembly in a gas turbine engine - Google Patents

Compressor bleed cooling system for a midframe torque disk downstream of a compressor assembly in a gas turbine engine Download PDF

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Description

本発明は、一般にタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジン内のタービン翼のための、冷却空気を用いた冷却流体供給システムに関する。   The present invention relates generally to turbine engines, and more particularly to a cooling fluid supply system using cooling air for turbine blades in a gas turbine engine.

典型的には、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮空気を燃料と混合してその混合気を点火する燃焼器と、動力を発生させるためのタービンブレード組立体とを含む。燃焼器は、華氏２５００度を超える可能性がある高温で動作することが多い。典型的なタービン燃焼器構成では、タービンブレード組立体がこの高温にさらされる。結果として、タービンブレードおよびタービンベーンは、そのような高温に耐えることができる材料から製作されなければならない。タービンブレード、ベーンおよび他の構成部品は、これらの物体の寿命を延ばすとともに過度に高い温度の結果として破損する可能性を低減するために冷却システムを含むことが多い。   A gas turbine engine typically includes a compressor for compressing air, a combustor that mixes compressed air with fuel and ignites the mixture, and a turbine blade assembly for generating power. Including. Combustors often operate at high temperatures that can exceed 2500 degrees Fahrenheit. In a typical turbine combustor configuration, the turbine blade assembly is exposed to this high temperature. As a result, turbine blades and turbine vanes must be fabricated from materials that can withstand such high temperatures. Turbine blades, vanes and other components often include cooling systems to extend the life of these objects and reduce the possibility of failure as a result of excessively high temperatures.

タービンエンジン内の従来の冷却システムは、圧縮機とタービン組立体とを含むタービンエンジンの側面を冷却する一方、圧縮機とタービン組立体との間に配置されたミッドフレームトルクディスクは依然として冷却問題に直面している。１つの解決策は、従来の低コスト材料に比べてより高い耐熱性を有するより高価な材料からミッドフレームトルクディスクを形成することである。しかしながら、このような高コスト材料であっても、ミッドフレームトルクディスクは、高レベルのクリープを受ける可能性がある。   Conventional cooling systems in turbine engines cool the side of the turbine engine, including the compressor and turbine assembly, while the midframe torque disk located between the compressor and turbine assembly remains a cooling issue. confronting. One solution is to form the midframe torque disk from a more expensive material that has a higher heat resistance compared to conventional low cost materials. However, even with such a high cost material, the midframe torque disk can undergo a high level of creep.

圧縮機とタービン組立体との間のタービンエンジンの側面を冷却するように構成された冷却システムが開示されている。少なくとも１つの実施形態では、冷却システムは、圧縮機の下流側であってタービン組立体の上流側に配置された１つ以上のミッドフレームトルクディスクを通って入口から延在する１つ以上のミッドフレーム冷却流路を含むことができる。入口は、圧縮機ブリード空気を受け取るように配置されていてよい。ミッドフレームトルクディスクの外側の側面に冷却を提供するために、ミッドフレーム冷却流路は、ミッドフレームトルクディスクの半径方向外側部分に配置することができる。これにより、より高い温度に耐えることができる高コスト材料ではなく従来の低コスト材料を使用してミッドフレームトルクディスクを形成することができる。ミッドフレームトルクディスク内のミッドフレーム冷却流路を通って送られる冷却流体を、下流側のタービン組立体用の冷却システムに排出することができる。   A cooling system configured to cool a side of a turbine engine between a compressor and a turbine assembly is disclosed. In at least one embodiment, the cooling system includes one or more mids extending from the inlet through one or more midframe torque disks disposed downstream of the compressor and upstream of the turbine assembly. A frame cooling channel may be included. The inlet may be arranged to receive compressor bleed air. In order to provide cooling to the outer side of the midframe torque disk, the midframe cooling flow path can be located in a radially outer portion of the midframe torque disk. This allows the midframe torque disk to be formed using conventional low cost materials rather than high cost materials that can withstand higher temperatures. The cooling fluid that is routed through the midframe cooling flow path in the midframe torque disk can be discharged to a cooling system for the downstream turbine assembly.

少なくとも１つの実施形態では、タービンエンジン用の冷却システムは、圧縮機室内に配置された複数の段から形成された圧縮機を含むことができ、複数の段の各々は、半径方向に延在する一連の圧縮機ブレードを含むことができる。冷却システムはまた、入口から、圧縮機の下流側であってタービン組立体の上流側に配置された少なくとも１つのミッドフレームトルクディスクを通って延在する１つ以上のミッドフレーム冷却流路を含むことができる。ミッドフレーム冷却流路は、１つ以上のミッドフレームトルクディスクの外側部分を通って延在することができる。特に、ミッドフレーム冷却流路は、少なくとも１つのミッドフレームトルクディスクの半径方向で最も外側の５０％の範囲内で、ミッドフレームトルクディスクを通って軸方向に延在することができる。少なくとも１つの実施形態では、ミッドフレーム冷却流路は、ミッドフレームトルクディスクの半径方向で最も外側の２５％の範囲内で、ミッドフレームトルクディスクを通って軸方向に延在することができる。さらに別の実施形態では、ミッドフレームトルクディスクは、トルクディスクハブの半径方向外側に配置されたトルクディスクリムから形成することができ、これにより、外側ディスクボディと内側ディスクボディとは、トルクディスクリムおよびトルクディスクハブの両方よりも小さい軸方向延在幅を有するトルクディスクウェブによって分離されている。ミッドフレーム冷却流路は、トルクディスクリム内に配置されている。   In at least one embodiment, a cooling system for a turbine engine may include a compressor formed from a plurality of stages disposed within a compressor chamber, each of the plurality of stages extending in a radial direction. A series of compressor blades may be included. The cooling system also includes one or more midframe cooling passages extending from the inlet through at least one midframe torque disk disposed downstream of the compressor and upstream of the turbine assembly. be able to. The midframe cooling flow path can extend through the outer portion of one or more midframe torque disks. In particular, the midframe cooling channel can extend axially through the midframe torque disk within a radially outermost 50% range of the at least one midframe torque disk. In at least one embodiment, the midframe cooling flow path can extend axially through the midframe torque disk within a radially outermost 25% range of the midframe torque disk. In yet another embodiment, the mid-frame torque disk can be formed from a torque disk rim disposed radially outward of the torque disk hub so that the outer disk body and the inner disk body are torque disk rims. And a torque disk web having a smaller axial extension width than both the torque disk hub. The midframe cooling flow path is disposed in the torque disc rim.

冷却システムはまた、ブリード入口を有する１つ以上の冷却流体供給ブリード回路を含むことができる。ブリード入口は、圧縮機室から流体を受け取るために、冷却流体ブリード回路を圧縮機室と流体連通させ、これにより、ミッドフレーム冷却流路の入口が冷却流体供給ブリード回路と流体連通している。ミッドフレーム冷却流路は、入口から、ミッドフレームトルクディスクの上流側に配置された少なくとも１つの圧縮機ディスク内に延在することができる。冷却システムはまた、入口と連通し、入口の直ぐ下流側にある１つ以上の入口セクションを含むことができ、入口セクションは、圧力低下を最小限に抑えることを目的としてデスワール作用を生じさせるためにタービンエンジンの長手軸線に対して非平行かつ非直交である。   The cooling system can also include one or more cooling fluid supply bleed circuits having bleed inlets. The bleed inlet causes the cooling fluid bleed circuit to be in fluid communication with the compressor chamber for receiving fluid from the compressor chamber so that the midframe cooling channel inlet is in fluid communication with the cooling fluid supply bleed circuit. The midframe cooling flow path can extend from the inlet into at least one compressor disk disposed upstream of the midframe torque disk. The cooling system can also include one or more inlet sections in communication with the inlet and immediately downstream of the inlet, the inlet section creating a de-swarping action with the goal of minimizing pressure drop. And non-parallel and non-orthogonal to the longitudinal axis of the turbine engine.

少なくとも１つの実施形態では、ミッドフレーム冷却流路は、ミッドフレームトルクディスクを通って軸方向に延在する複数の軸方向延在ミッドフレーム流路を含むことができる。隣接する軸方向延在ミッドフレーム流路は、互いに対して等距離に配置されていてよく、隣接する軸方向延在ミッドフレーム流路は、タービンエンジンの長手軸線から半径方向外側に等距離に配置されていてよい。ミッドフレーム冷却流路は、ミッドフレームトルクディスクから、ミッドフレームトルクディスクの下流側に配置された少なくとも１つのタービンディスク内に延在することができる。ミッドフレーム冷却流路は、タービン組立体内に１つ以上の出口を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、ミッドフレーム冷却流路は、筒状の管から形成されていてよい。   In at least one embodiment, the midframe cooling channel may include a plurality of axially extending midframe channels that extend axially through the midframe torque disk. Adjacent axially extending midframe passages may be equidistant relative to each other, and adjacent axially extending midframe passages are equidistant from the longitudinal axis of the turbine engine radially outward. May have been. The midframe cooling flow path can extend from the midframe torque disk into at least one turbine disk disposed downstream of the midframe torque disk. The midframe cooling flow path can include one or more outlets in the turbine assembly. In at least one embodiment, the midframe cooling channel may be formed from a tubular tube.

冷却システムはまた、冷却システムの出口と連通する１つ以上の出口セクションを含むことができ、これにより出口セクションは、出口の直ぐ上流側に配置されており、出口セクションは、タービンエンジンの長手軸線に対して非平行かつ非直交である。冷却システムはまた、ミッドフレームトルクディスクの半径方向外側表面に１つ以上の遮熱コーティングを含むことができ、遮熱コーティングは、ミッドフレーム冷却流路から半径方向外側に整合されている。   The cooling system may also include one or more outlet sections in communication with the outlet of the cooling system so that the outlet section is located immediately upstream of the outlet, the outlet section being the longitudinal axis of the turbine engine. Are non-parallel and non-orthogonal. The cooling system may also include one or more thermal barrier coatings on the radially outer surface of the midframe torque disk, the thermal barrier coating being aligned radially outward from the midframe cooling channel.

冷却システムの利点は、冷却システムが、ミッドフレームトルクディスクの外側の側面に冷却を提供して、より高い温度に耐えることができる高コスト材料ではなく従来の低コスト材料を使用して、ミッドフレームトルクディスクを形成することができ、これにより大幅なコスト削減をもたらすことにある。   The advantage of the cooling system is that the cooling system provides cooling to the outer side of the midframe torque disk and uses a traditional low-cost material instead of a high-cost material that can withstand higher temperatures. A torque disk can be formed, which results in significant cost savings.

冷却システムの別の利点は、冷却システムが圧縮機ブリード空気を用いて動作し、これにより、代替の冷却空気流体源の必要性をなくして、タービンエンジンの効率を向上させることにある。   Another advantage of the cooling system is that it operates with compressor bleed air, thereby eliminating the need for an alternative cooling air fluid source and improving the efficiency of the turbine engine.

冷却システムのさらに別の利点は、冷却システムが応力を低減させることが可能であり、その結果トルクディスクの破壊寿命が延長されることにある。   Yet another advantage of the cooling system is that the cooling system can reduce stress, thereby extending the fracture life of the torque disk.

冷却システムの別の利点は、冷却システムが、圧縮機およびタービンディスクにおいてブレードチップクリアランスを減少させることにある。   Another advantage of the cooling system is that it reduces blade tip clearance in the compressor and turbine disk.

これらの実施形態および他の実施形態は、以下にさらに詳細に説明されている。   These and other embodiments are described in further detail below.

本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示される本発明の実施形態を示し、説明するとともに、本発明の原理を開示する。   The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate and describe embodiments of the invention disclosed herein and disclose the principles of the invention.

１つ以上のミッドフレームトルクディスクおよび他のタービンエンジン構成部品用の冷却システムを備えるタービンエンジンの部分断面斜視図である。1 is a partial cross-sectional perspective view of a turbine engine including a cooling system for one or more midframe torque disks and other turbine engine components. FIG. 図１の２−２線に関する入口の下流側の入口セクションを有する冷却システムを備えるタービンエンジンの一部の部分断面詳細側面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional detail side view of a portion of a turbine engine including a cooling system having an inlet section downstream of the inlet with respect to line 2-2 of FIG. 図１の２−２線に関する入口の下流側の入口セクションを有する冷却システムを備えるタービンエンジンの一部の部分断面詳細側面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional detail side view of a portion of a turbine engine including a cooling system having an inlet section downstream of the inlet with respect to line 2-2 of FIG. 内側表面にリブを有するミッドフレーム冷却流路の部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view of the mid-frame cooling flow path which has a rib in an inner surface. 粗面化された内側表面を有するミッドフレーム冷却流路の部分斜視図である。FIG. 6 is a partial perspective view of a midframe cooling flow path having a roughened inner surface. 冷却システムを備えていない定常動作条件におけるタービンエンジン内の材料温度の予測ソフトウェアからの出力のスクリーンショットであり、ミッドフレームトルクディスク内の大きな温度勾配およびミッドフレームトルクディスク内の高温を示している。4 is a screen shot of the output from the software for predicting material temperature in a turbine engine in steady operating conditions without a cooling system, showing a large temperature gradient in the midframe torque disk and a high temperature in the midframe torque disk. 冷却システムを備える定常動作条件におけるタービンエンジン内の材料温度の予測ソフトウェアからの出力のスクリーンショットであり、ミッドフレームトルクディスク内のごく僅かな温度勾配およびミッドフレームトルクディスクにおける低温さえも示している。A screen shot of the output from the software for predicting material temperature in a turbine engine in steady operating conditions with a cooling system, showing only a slight temperature gradient in the midframe torque disk and even low temperature in the midframe torque disk.

図１〜図７に示すように、圧縮機１４とタービン組立体１６との間のタービンエンジン１２の側面を冷却するように構成された冷却システム１０が開示されている。少なくとも１つの実施形態では、冷却システム１０は、１つ以上のミッドフレーム冷却流路１８を含むことができる。ミッドフレーム冷却流路１８は、入口２０から、圧縮機１４の下流側であってタービン組立体１６の上流側に配置された１つ以上のミッドフレームトルクディスク２２を通って延在する。入口２０は、圧縮機ブリード空気を受け取るように配置することができる。ミッドフレーム冷却流路１８は、ミッドフレームトルクディスク２２の外側の側面に冷却を提供するためにミッドフレームトルクディスク２２の半径方向外側部分に配置することができる。これによって、より高い温度に耐えることができる高コストの材料ではなく従来の低コスト材料を使用して、ミッドフレームトルクディスク２２を形成することができる。ミッドフレームトルクディスク２２内のミッドフレーム冷却流路１８を通って送られる冷却流体は、下流側のタービン組立体１６用の冷却システム１０に排出することができる。   As shown in FIGS. 1-7, a cooling system 10 is disclosed that is configured to cool a side of a turbine engine 12 between a compressor 14 and a turbine assembly 16. In at least one embodiment, the cooling system 10 can include one or more midframe cooling channels 18. The midframe cooling flow path 18 extends from the inlet 20 through one or more midframe torque disks 22 disposed downstream of the compressor 14 and upstream of the turbine assembly 16. The inlet 20 can be arranged to receive compressor bleed air. The midframe cooling flow path 18 can be disposed on a radially outer portion of the midframe torque disk 22 to provide cooling to the outer side of the midframe torque disk 22. This allows the midframe torque disk 22 to be formed using conventional low cost materials rather than high cost materials that can withstand higher temperatures. Cooling fluid that is routed through the midframe cooling flow path 18 in the midframe torque disk 22 can be discharged to the cooling system 10 for the downstream turbine assembly 16.

少なくとも１つの実施形態では、タービンエンジン１２用の冷却システム１０は、図１に示すように、圧縮機室２８内に配置された複数の段２６から形成された圧縮機１４を含むことができる。複数の段２６の各々は、一連の半径方向に延在する圧縮機ブレード２９を含むことができる。段２６は、既に考案されたか未着想の構成であるかを問わず任意の適切な構成を有することができる。   In at least one embodiment, the cooling system 10 for the turbine engine 12 may include a compressor 14 formed from a plurality of stages 26 disposed within a compressor chamber 28 as shown in FIG. Each of the plurality of stages 26 may include a series of radially extending compressor blades 29. The stage 26 can have any suitable configuration, regardless of whether it is already devised or unconceived.

冷却システム１０は、図２および図３に示すように、入口２０から、圧縮機１４の下流側であってタービン組立体１６の上流側に配置された１つ以上のミッドフレームトルクディスク２２を通って延在する１つ以上のミッドフレーム冷却流路１８を含むことができる。ミッドフレーム冷却流路１８は、任意の適切な構成を有することができる。少なくとも１つの実施形態では、ミッドフレーム冷却流路１８は、筒状の管から形成することができる。筒状の管は、ミッドフレームトルクディスク２２内に設けられた穿孔から形成されていてよい。少なくとも１つの実施形態では、冷却システム１０は、１つ以上のミッドフレームトルクディスク２２を通る複数のミッドフレーム冷却流路１８を含むことができる。冷却システム１０は、ロータの完全性を満足させつつミッドフレームトルクディスク２２に必要な冷却を提供するために、ミッドフレーム冷却流路１８の数および大きさの任意の適切な組み合わせを有することができる。少なくとも１つの実施形態では、冷却システム１０は、２０個のミッドフレーム冷却流路１８を含んでいてよい。別の実施形態では、冷却システム１０は、５０個のミッドフレーム冷却流路１８を含んでいてよい。さらに別の実施形態では、冷却システム１０は、７１個のミッドフレーム冷却流路１８を含んでいてよい。冷却システム１０は、２０〜１００の数の冷却流路１８を含んでいてよい。少なくとも１つの実施形態では、隣接する軸方向延在ミッドフレーム流路１８が、タービンエンジン１２の長手軸線４８から半径方向外側に等距離に配置されていてよい。代替的に、２つ以上の軸方向延在ミッドフレーム流路１８が、タービンエンジン１２の長手軸線４８から半径方向外側にある異なる距離に配置されていてよい。隣接する軸方向延在ミッドフレーム流路１８のうちの１つまたは複数、または全部のミッドフレーム流路１８が、互いに対して等距離に配置されていてよい。別の実施形態では、隣接する軸方向延在ミッドフレーム流路１８のうちの１つまたは複数、または全部のミッドフレーム流路１８が、互いに対して交互の距離に、ランダムな距離に、または異なる距離に配置されていてよい。１つ以上のミッドフレーム冷却流路１８は、図４および図５に示すように、熱伝達を向上させるために改変された内側表面４０を有することができる。特に、ミッドフレーム冷却流路１８の内側表面４０は、図４に示すようにリブ付き表面を形成するリブ４２、および図５に示すように高度に粗面化された表面などの熱伝達向上特徴を有することができるが、これに限定されるものではない。   The cooling system 10 passes from the inlet 20 through one or more midframe torque disks 22 located downstream of the compressor 14 and upstream of the turbine assembly 16 as shown in FIGS. One or more midframe cooling channels 18 extending in length. The midframe cooling flow path 18 can have any suitable configuration. In at least one embodiment, the midframe cooling channel 18 may be formed from a tubular tube. The tubular tube may be formed from perforations provided in the midframe torque disk 22. In at least one embodiment, the cooling system 10 can include a plurality of midframe cooling channels 18 that pass through one or more midframe torque disks 22. The cooling system 10 can have any suitable combination of the number and size of the midframe cooling channels 18 to provide the necessary cooling to the midframe torque disk 22 while satisfying rotor integrity. . In at least one embodiment, the cooling system 10 may include 20 midframe cooling channels 18. In another embodiment, the cooling system 10 may include 50 midframe cooling channels 18. In yet another embodiment, the cooling system 10 may include 71 midframe cooling channels 18. The cooling system 10 may include 20 to 100 cooling channels 18. In at least one embodiment, adjacent axially extending midframe channels 18 may be disposed equidistantly radially outward from the longitudinal axis 48 of the turbine engine 12. Alternatively, two or more axially extending midframe channels 18 may be located at different distances radially outward from the longitudinal axis 48 of the turbine engine 12. One or more or all of the adjacent axially extending midframe channels 18 may be disposed equidistant from one another. In another embodiment, one or more of the adjacent axially extending midframe channels 18 or all of the midframe channels 18 are at alternating distances, random distances, or different from each other. It may be arranged at a distance. One or more midframe cooling channels 18 may have an inner surface 40 that is modified to improve heat transfer, as shown in FIGS. In particular, the inner surface 40 of the midframe cooling channel 18 has heat transfer enhancement features such as ribs 42 forming a ribbed surface as shown in FIG. 4, and a highly roughened surface as shown in FIG. However, the present invention is not limited to this.

少なくとも１つの実施形態では、ミッドフレーム冷却流路１８は、ミッドフレームトルクディスク２２の外側部分に配置されていてよい。特に、ミッドフレーム冷却流路１８は、ミッドフレームトルクディスク２２の半径方向で最も外側の５０％の範囲内でミッドフレームトルクディスク２２を通って軸方向に延在することができる。別の実施形態では、ミッドフレーム冷却流路１８は、ミッドフレームトルクディスク２２の半径方向で最も外側の２５％の範囲内でミッドフレームトルクディスク２２を通って軸方向に延在することができる。さらに別の実施形態では、ミッドフレームトルクディスク２２は、トルクディスクハブ３２の半径方向外側に配置されたトルクディスクリム３０から形成することができる。外側ディスクボディ３０と内側ディスクボディ３２とは、トルクディスクリム３０およびトルクディスクハブ３２のそれぞれの幅よりも小さい軸方向延在幅を有するトルクディスクウェブ３４によって分離することができる。ミッドフレーム冷却流路１８は、トルクディスクリム３０内に配置することができる。トルクディスクリム３０は、ミッドフレームトルクディスク２２の、半径方向に延在する長さの外側の２５％を形成することができる。   In at least one embodiment, the midframe cooling channel 18 may be disposed on the outer portion of the midframe torque disk 22. In particular, the midframe cooling flow path 18 can extend axially through the midframe torque disk 22 within a radially outermost 50% range of the midframe torque disk 22. In another embodiment, the midframe cooling flow path 18 may extend axially through the midframe torque disk 22 within the radially outermost 25% of the midframe torque disk 22. In yet another embodiment, the midframe torque disk 22 can be formed from a torque disk rim 30 disposed radially outward of the torque disk hub 32. The outer disk body 30 and the inner disk body 32 can be separated by a torque disk web 34 having an axially extending width that is smaller than the respective widths of the torque disk rim 30 and the torque disk hub 32. The midframe cooling flow path 18 can be disposed in the torque disc rim 30. The torque disc rim 30 can form 25% of the mid-frame torque disc 22 outside the radially extending length.

少なくとも１つの実施形態において、冷却システム１０は、１つ以上の冷却流体供給ブリード回路３８を含むことができる。冷却流体供給ブリード回路３８は、冷却流体を冷却システム１０に供給することができる。他の実施形態では、冷却システム１０は、圧縮機１４の圧縮機室２８から直接にブリード空気として冷却流体を受け取ることができる。冷却流体供給ブリード回路３８は、流体を圧縮機室２８から受け取るために、冷却流体供給ブリード回路３８を圧縮機室２８と流体連通させることができるブリード入口３６を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、ミッドフレーム冷却流路１８の入口２０は、冷却流体供給ブリード回路３８と流体連通することができる。他の実施形態では、ミッドフレーム冷却流路１８の入口２０は、空気など（これに限定されない）の圧縮機ブリード流体を受け取るために圧縮機１４の圧縮機室２８と流体連通することができる。ミッドフレーム冷却流路１８は、入口２０から、ミッドフレームトルクディスク２２の上流側に配置された１つ以上の圧縮機ディスク４４内に延在することができる。冷却システム１０はまた、入口２０と連通し、かつ入口２０から直ぐ下流側に入口セクション４６を含むことができる。入口セクション４６は、タービンエンジン１２の長手軸線４８に対して非平行かつ非直交であってよい。入口セクション４６は、圧力降下を最小限に抑えることを目的としてデスワール作用を生じさせるために圧縮機ブレード２９の回転方向に対して非整合であってよい。   In at least one embodiment, the cooling system 10 can include one or more cooling fluid supply bleed circuits 38. The cooling fluid supply bleed circuit 38 can supply cooling fluid to the cooling system 10. In other embodiments, the cooling system 10 can receive cooling fluid as bleed air directly from the compressor chamber 28 of the compressor 14. The cooling fluid supply bleed circuit 38 may include a bleed inlet 36 that allows the cooling fluid supply bleed circuit 38 to be in fluid communication with the compressor chamber 28 to receive fluid from the compressor chamber 28. In at least one embodiment, the inlet 20 of the midframe cooling channel 18 can be in fluid communication with the cooling fluid supply bleed circuit 38. In other embodiments, the inlet 20 of the midframe cooling channel 18 can be in fluid communication with the compressor chamber 28 of the compressor 14 to receive compressor bleed fluid, such as but not limited to air. Midframe cooling channel 18 may extend from inlet 20 into one or more compressor disks 44 disposed upstream of midframe torque disk 22. The cooling system 10 may also include an inlet section 46 in communication with the inlet 20 and immediately downstream from the inlet 20. The inlet section 46 may be non-parallel and non-orthogonal with respect to the longitudinal axis 48 of the turbine engine 12. The inlet section 46 may be misaligned with respect to the direction of rotation of the compressor blade 29 in order to create a de-swarf action aimed at minimizing the pressure drop.

図２および図３に示すように、１つ以上のミッドフレーム冷却流路１８は、タービン組立体１６内に出口５２を含むことができる。ミッドフレーム冷却流路１８は、ミッドフレームトルクディスク２２から、ミッドフレームトルクディスク２２の下流側に配置された１つ以上のタービンディスク５０内に延在することができる。タービン組立体１６内の出口５２は、冷却流体を第２のタービン段のタービンディスク５０内に排出することでタービン組立体１６に冷却流体を供給するように構成することができる。ミッドフレーム冷却流路１８のうちの１つ以上のミッドフレーム冷却流路１８は、冷却システム１０の出口５２と連通する出口セクション５４を含むこともできる。出口セクション５４は、出口５２の直ぐ上流側に配置することができる。出口セクション５４は、 タービンエンジン１２の長手軸線４８に対して非平行かつ非直交であってよい。出口セクション５４は、圧力降下を最小限に抑えることを目的としてデスワール作用を生じさせるために回転方向に抗して配置されていてよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, the one or more midframe cooling channels 18 may include an outlet 52 in the turbine assembly 16. The midframe cooling channel 18 can extend from the midframe torque disk 22 into one or more turbine disks 50 disposed downstream of the midframe torque disk 22. The outlet 52 in the turbine assembly 16 may be configured to supply cooling fluid to the turbine assembly 16 by discharging the cooling fluid into the turbine disk 50 of the second turbine stage. One or more of the midframe cooling channels 18 may also include an outlet section 54 that communicates with the outlet 52 of the cooling system 10. The outlet section 54 can be located immediately upstream of the outlet 52. The outlet section 54 may be non-parallel and non-orthogonal with respect to the longitudinal axis 48 of the turbine engine 12. The outlet section 54 may be arranged against the direction of rotation in order to create a Deswar action for the purpose of minimizing the pressure drop.

冷却システム１０は、ミッドフレームトルクディスク２２の半径方向外側表面５８上に遮熱コーティング５６を含むことができる。ミッドフレームトルクディスク２２の半径方向外側表面５８上の遮熱コーティング５６は、ミッドフレーム冷却流路１８から半径方向外側に整合されていてよい。遮熱コーティング５６は、既に着想されたか未着想であるかを問わず任意の適切な遮熱コーティングであってよい。遮熱コーティング５６は、ミッドフレームトルクディスク２２のさらなる温度低下のために、熱気またはヴィンデージヒートピックアップにさらされるミッドフレームトルクディスク２２の外側表面５８のクリティカルな領域に配置されていてよい。   The cooling system 10 can include a thermal barrier coating 56 on the radially outer surface 58 of the midframe torque disk 22. The thermal barrier coating 56 on the radially outer surface 58 of the midframe torque disk 22 may be aligned radially outward from the midframe cooling channel 18. The thermal barrier coating 56 may be any suitable thermal barrier coating, whether already conceived or unconceived. The thermal barrier coating 56 may be disposed in a critical region of the outer surface 58 of the midframe torque disk 22 that is exposed to hot air or a vinyl heat pickup for further temperature reduction of the midframe torque disk 22.

使用中、圧縮空気は、圧縮機室２８と流体連通する１つ以上の入口２０を介した圧縮機１４のブリードオフである。入口２０は、直接に圧縮機室２８に接続して、または間接に、冷却流体供給ブリード回路３８を介して圧縮機室２８と連通するなどして、圧縮機室２８に流体連通することができる。空気であってよい（これに限定されない）冷却流体は、入口２０に進入し、直ちに入口セクション４６に流入することができる。入口セクション４６は、圧力降下を最小限に抑えることを目的としてデスワール作用を生じさせるために圧縮機ブレード２９の回転方向に抗して非整合であってよい。次いで、冷却流体は、ミッドフレーム冷却流路１８を通って下流側に流れ、これによって、１つ以上のミッドフレームトルクディスク２２の温度のより高い外側部分を冷却する。冷却流体は、１つ以上のミッドフレームトルクディスク２２の温度のより高い外側部分を通って流れ、温度が上昇する。冷却流体は、出口セクション５４および出口５２を介してミッドフレーム冷却流路１８から排出することができる。冷却流体は、ミッドフレームトルクディスク２２の下流側に配置された１つ以上のタービンディスク５０内に排出することができる。排出された冷却流体は、タービン組立体１６の構成部品の側面を冷却するために使用することができる。図６に示されたミッドフレームトルクディスク２２内の大きな温度勾配およびミッドフレームトルクディスク２２内の高温とは対照的に、ミッドフレームトルクディスク２２内で冷却システム１０を介して達成された冷却が、図７に示されている。   In use, the compressed air is a bleed-off of the compressor 14 through one or more inlets 20 that are in fluid communication with the compressor chamber 28. The inlet 20 can be in fluid communication with the compressor chamber 28, such as directly connected to the compressor chamber 28, or indirectly, in communication with the compressor chamber 28 via a cooling fluid supply bleed circuit 38. . Cooling fluid, which can be (but is not limited to) air, can enter the inlet 20 and immediately enter the inlet section 46. The inlet section 46 may be misaligned against the direction of rotation of the compressor blade 29 in order to create a de-swarf action aimed at minimizing the pressure drop. The cooling fluid then flows downstream through the midframe cooling channel 18, thereby cooling the higher temperature outer portion of one or more midframe torque disks 22. The cooling fluid flows through the hotter outer portion of one or more midframe torque disks 22 and the temperature increases. Cooling fluid may be discharged from the midframe cooling flow path 18 via the outlet section 54 and the outlet 52. The cooling fluid can be exhausted into one or more turbine disks 50 disposed downstream of the midframe torque disk 22. The discharged cooling fluid can be used to cool the sides of the components of the turbine assembly 16. In contrast to the large temperature gradient in the midframe torque disk 22 and the high temperature in the midframe torque disk 22 shown in FIG. 6, the cooling achieved through the cooling system 10 in the midframe torque disk 22 is It is shown in FIG.

以上の記載は、本発明の実施形態を例示し、説明し、記述するために提供されたものである。これらの実施形態に対する改変および適応は、当業者には明らかであり、本発明の範囲または思想から逸脱することなく行うことができる。   The foregoing description is provided to illustrate, describe, and describe embodiments of the invention. Modifications and adaptations to these embodiments will be apparent to those skilled in the art and may be made without departing from the scope or spirit of the invention.

Claims (10)

タービンエンジン（１２）用の冷却システム（１０）であって、
圧縮機室（２８）内に配置されている複数の段（２６）から形成された圧縮機（１４）であって、前記複数の段（２６）の各々が、半径方向に延在する一連の圧縮機ブレード（２９）を含む、圧縮機（１４）と、
前記圧縮機（１４）の下流側であってタービン組立体（１６）の上流側に配置されている少なくとも１つのミッドフレームトルクディスク（２２）を通って入口（２０）から延在する少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）と、を備える、冷却システム（１０）において、
前記少なくとも１つのミッドフレームトルクディスク（２２）は、トルクディスクハブ（３２）の半径方向外側に配置されたトルクディスクリム（３０）から形成されており、
前記トルクディスクリム（３０）と前記トルクディスクハブ（３２）とは、前記トルクディスクリム（３０）および前記トルクディスクハブ（３２）の両方よりも小さい軸方向延在幅を有するトルクディスクウェブ（３４）によって分離されており、
前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）は、前記トルクディスクリム（３０）内に配置されていることを特徴とする、冷却システム（１０）。 A cooling system (10) for a turbine engine (12) comprising:
A compressor (14) formed from a plurality of stages (26) disposed within a compressor chamber (28), wherein each of the plurality of stages (26) extends in a radial direction. A compressor (14) including a compressor blade (29);
At least one extending from the inlet (20) through at least one midframe torque disk (22) disposed downstream of the compressor (14) and upstream of the turbine assembly (16); midframe cooling channel (18), Ru provided with, in the cooling system (10),
The at least one midframe torque disk (22) is formed from a torque disk rim (30) disposed radially outward of the torque disk hub (32);
The torque disk rim (30) and the torque disk hub (32) have a torque disk web (34) having a smaller axial extension width than both the torque disk rim (30) and the torque disk hub (32). )
Cooling system (10), characterized in that the at least one midframe cooling channel (18) is arranged in the torque disc rim (30 ). ブリード入口（３６）を有する少なくとも１つの冷却流体供給ブリード回路（３８）をさらに備え、前記ブリード入口（３６）は、前記圧縮機室（２８）から流体を受け取るために前記少なくとも１つのブリード回路（３８）を前記圧縮機室（２８）と流体連通させ、前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）の前記入口（２０）は、前記少なくとも１つの冷却流体供給ブリード回路（３８）と流体連通していること特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。   The bleed inlet (36) further comprises at least one cooling fluid supply bleed circuit (38) having a bleed inlet (36), the bleed inlet (36) receiving the fluid from the compressor chamber (28). 38) in fluid communication with the compressor chamber (28), and the inlet (20) of the at least one midframe cooling channel (18) is in fluid communication with the at least one cooling fluid supply bleed circuit (38). The cooling system (10) according to claim 1, characterized in that: 前記入口（２０）と連通し、前記入口（２０）の直ぐ下流側にある入口セクション（４６）をさらに備え、該入口セクション（４６）は、前記タービンエンジン（１２）の長手軸線に対して非平行かつ非直交であることを特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。 An inlet section (46) in communication with the inlet (20) and immediately downstream of the inlet (20) is further provided, the inlet section (46) being non-relative to the longitudinal axis of the turbine engine (12). It characterized in that it is a parallel and non-orthogonal, according to claim 1, wherein the cooling system (10). 前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）は、前記少なくとも１つのミッドフレームトルクディスク（２２）の半径方向で最も外側の５０％または２５％の範囲内で前記少なくとも１つのミッドフレームトルクディスク（２２）を通って軸方向に延在することを特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。 The at least one midframe cooling flow path (18) is within the radially outermost 50% or 25% range of the at least one midframe torque disk (22). The cooling system (10) according to claim 1, characterized in that it extends axially through (22). 前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）は、前記少なくとも１つのミッドフレームトルクディスク（２２）を通って軸方向に延在する複数の軸方向延在ミッドフレーム流路（１８）を有し、隣接する軸方向延在ミッドフレーム流路（１８）は、互いに対して等距離に配置されており、隣接する軸方向延在ミッドフレーム流路（１８）は、前記タービンエンジン（１２）の長手軸線（４８）から半径方向外側に等距離に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。 The at least one midframe cooling channel (18) has a plurality of axially extending midframe channels (18) extending axially through the at least one midframe torque disk (22). Adjacent axially extending midframe channels (18) are equidistant from one another, and adjacent axially extending midframe channels (18) are longitudinal of the turbine engine (12). characterized in that it is arranged equidistantly radially outwardly from the axis (48) of claim 1, wherein the cooling system (10). 前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）は、前記少なくとも１つのミッドフレームトルクディスク（２２）から、該少なくとも１つのミッドフレームトルクディスク（２２）の下流側に配置された少なくとも１つのタービンディスク（５０）内に延在し、前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）は、前記タービン組立体（１６）内に少なくとも１つの出口（５２）を含み、前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）は、筒状の管から形成されていることを特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。   The at least one midframe cooling channel (18) is at least one turbine disk disposed downstream from the at least one midframe torque disk (22) from the at least one midframe torque disk (22). (50) and the at least one midframe cooling flow path (18) includes at least one outlet (52) in the turbine assembly (16), the at least one midframe cooling flow. The cooling system (10) according to claim 1, characterized in that the passage (18) is formed from a tubular tube. 前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）の内側表面（４０）から延在する少なくとも１つの内部リブ（４２）をさらに備えることを特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。   The cooling system (10) of any preceding claim, further comprising at least one internal rib (42) extending from an inner surface (40) of the at least one midframe cooling channel (18). 前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）の内側表面（４０）を形成する粗面をさらに備えることを特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。   The cooling system (10) of any preceding claim, further comprising a roughened surface forming an inner surface (40) of the at least one midframe cooling channel (18). 前記冷却システム（１０）の出口（５２）と連通している出口セクション（５４）をさらに備え、該出口セクション（５４）は、前記出口（５２）の直ぐ上流側に配置されており、前記出口セクション（５４）は、前記タービンエンジン（１２）の長手軸線（４８）に対して非平行かつ非直交であることを特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。   And further comprising an outlet section (54) in communication with the outlet (52) of the cooling system (10), the outlet section (54) being located immediately upstream of the outlet (52), The cooling system (10) of claim 1, wherein the section (54) is non-parallel and non-orthogonal to a longitudinal axis (48) of the turbine engine (12). 前記少なくとも１つのミッドフレームトルクディスク（２２）の半径方向外側表面（５８）に遮熱コーティング（５６）をさらに備え、該遮熱コーティング（５６）は、前記少なくとも１つのミッドフレーム冷却流路（１８）の半径方向外側に整合されていることを特徴とする、請求項１記載の冷却システム（１０）。   The radial outer surface (58) of the at least one midframe torque disk (22) further comprises a thermal barrier coating (56), the thermal barrier coating (56) being the at least one midframe cooling channel (18). 2) The cooling system (10) according to claim 1, characterized in that it is aligned radially outward.
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